Синергетика.Порядок из хаоса

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ  РФ Брянский государственный  технический университет

 

Предмет «Философия»

 

Тема 9.4: «Синергетика. Порядок из хаоса.»

 

 

 

 

Выполнила студентка

гр. 11-УК Глухарева Е.А.

             Преподаватель

к.ф.н., доцент каф. «ФИиС»

 Дзюбан В.В.

 

 

 

 

 

 

 

БРЯНСК 2012

Оглавление

Введение. 3

§1.Что такое  «синергетика»? 5

§2.Объекты  синергетики. 7

§3.Самоорганизация. 9

§4.Причины хаоса. 14

§5.Роль энтропии как меры хаоса. 16

§6.Порядок  из хаоса. 17

Заключение. 21

Список используемой литературы. 24

 

 

 

Введение.

 

«Вавилонская  башня» знания.

Человек находится в состоянии  смятения перед сложным. И он испытывает страх перед хаосом. Как ориентироваться в сложном, полном неожиданных поворотов мире? Как овладеть сложным? Как прогнозировать развитие сложного? Какова вообще природа сложного и хаотического?

Сложный, неоднозначный и запутанный исторический ход движения познающего разума выглядит как построение "Вавилонской  башни" знания. Будучи порождением  человеческого разума, идеи, теории, модели – этот третий мир Поппера - начинает свою собственную жизнь, приобретает собственную историю, порождающую сложность, превосходящую  первоначально созданное человеком. И подобно тому, как в библейском мифе о строительстве "Вавилонской  башни" произошло смешение языков, в историческом течении научного знания имеет место смешение, синкретичное переплетение начал организованного  и самоорганизующегося, сознательного, преднамеренного и неосознанного, стихийного, предсказуемого и непредсказуемого. В этом когнитивном движении смешивается  да и нет, истина и заблуждение, наука  и миф, наука и псевдонаука, рассудок как tabula rasa и предрассудок.

Известный американский физик М. Гелл-Манн, занимающийся в последнее время  изучением природы сложного, выступил в качестве одного из основателей  Института в Санта-Фе (Нью-Мехико), где проводятся исследования таких  сложных адаптивных систем, как языки, мозг человека, экономика. Он предложил  новый термин "plectics", который  с его точки зрения выражает взаимоотношения  простого и сложного во всех их бесчисленных проявлениях. Этот термин пока не получил  распространения, по-видимому, из-за своего неочевидного семантического значения, обусловленного греческим происхождением. "plektikh" означает "искусство  переплетения", "ткачество", а "plekw" – "плести", "сплетать", "обвивать"; "выдумывать", "составлять"; "усложнять", "запутывать".

Познанием сложного, поиском  неких универсальных образцов самоорганизации  сложных систем занимается синергетика. Естественно возникает вопрос, может  ли синергетика помочь нам понять закономерности эволюции научного знания, причем не только на уровне коллективов ученых, научного сообщества, но и на уровне индивидуального творчества ученого.[2,с. 19-20] 

§1.Что такое «синергетика»?

В центре внимания синергетики находится  согласованность взаимодействия отдельных  частей  при образовании структуры  как единого целого.

Термин «синергетика» происходит от греческого «синергиа» - содействие, сотрудничество. Хакен не был первооткрывателем  термина «синергетика» - у термина  были предшественники. Английский физиолог  19 века Ч.Шеррингтон – человек, который  фактически параллельно с Павловым открыл условный рефлекс , - называл  синергетическим, или интегративным, согласованное воздействие нервной  системы (спинного мозга) при управлении мышечными движениями. И в 20 веке появлялись «синергетики». С.Улам, который был участником одного из первых численных экспериментов ЭВМ первого поколения, под «синергией» понимал непрерывное сотрудничество между вычислительной машиной и оператором,    а И. Забусский под «синергетическим подходом» к нелинейным математическим и физическим задачам понимал «совместное использование обычного анализа и численной машинной математики для получения решений разумно поставленных вопросов математического и физического содержания системы уравнений».

Когда же появилась на свет синергетика? В отличие от подавляющего большинства  наук, дни рождения окутаны покровом неизвестности, дата рождения синергетики  известна: в 1973 году на первой конференции, посвященной проблемам самоорганизации, Герман Хакен  сделал доклад, с которого фактически и отсчитывает свое время  жизни  синергетика. Затем, с дополнениями и уточнениями, этот доклад вырос в программную статью «Кооперативные явления в сильно  неравновесных и нефизических системах». Идеи, высказанные Г. Хакеном, были восприняты в научном сообществе с удивительной быстротой. Западногерманское издательство ''Шпрингер'' в 1975 году заказывает Хакену книгу. Уже в 1977 году монография под названием ''Синергетика'' выходит на немецком и английском языках. В 1978 году книга была переиздана, а вскоре вышла на японском и русском языках. Издательство ''Шпрингер'' открывает серию ''Синергетика'', в которой выходят все новые и новые труды.Начиная с 1973 года, с той конференции, на которой впервые прозвучал этот термин, научные встречи по теме ''самоорганизация'' проходят каждые два года. К 1980 году было уже выпущено пять объемных сборников докладов этих конференций. А известнейший и старейший форум физиков – Сольвеевский конгресс в 1978 году был целиком посвящен проблемам самоорганизации. В нашей стране впервые конференция по синергетике прошла в  1982 году.[1, c. 25]

Хакен не сделал никакого открытия – он лишь обратил внимание на сходство процессов самоорганизации в различных системах, на согласованность действия элементов самоструктурирующихся систем, которые традиционно изучались различными науками. В рамках синергетики произошло кооперирование различных дисциплин.[1,с. 26-27]

Замысел профессора Хакена заключался в том, чтобы синергетика  играла роль метанауки, которая подмечает  и изучает общие закономерности различных систем, которые  частные  науки считали своими. Поэтому, в  отличие от пограничных наук, которые  действуют в довольно узкой полосе двух смежных  наук, синергетика  извлекает системы, которые представляют для нее интерес из самой глубины  предметной области  частных наук, с тем, чтобы проводить исследование, не апеллируя к природе данной системы, а используя свои специфические средства и «интернациональный» междисциплинарный язык. Язык, который, при соответствующей подготовке, может быть понятен представителям разных, в том числе и гуманитарных наук. [1, c. 29-30] 

§2.Объекты синергетики.

Главный мировоззренческий  сдвиг, произведенный синергетикой, можно выразить следующим образом:

• процессы разрушения и созидания, деградации и упорядоченности во Вселенной, по меньшей мере, равноправны;
• процессы созидания  (нарастания сложности и упорядоченности) имеют единый алгоритм независимо от природы систем, в которых они осуществляются.

Таким образом, синергетика  претендует на открытие некоего универсального механизма, с помощью которого осуществляется  самоорганизация, как в живой, так  и неживой природе. Отсюда следует, что объектом синергетики могут  быть отнюдь не любые системы, а только, которые удовлетворяют, по меньшей  мере, двум условиям:

• они должны быть открытыми, т.е. обмениваться веществом или энергией с внешней средой;
• они должны быть существенно неравновесными, т.е. находиться в состоянии, далеком от термодинамического равновесия.

Но именно такими являются большинство известных нам систем. Изолированные системы классической термодинамики – это определенная идеализация, в реальности такие  системы исключение, а не правило. Сложнее со всей Вселенной в целом: если считать её открытой системой, то что может служить её внешней  средой? Современная физика полагает, что такой средой для нашей  вещественной Вселенной является вакуум.

Итак, синергетика утверждает, что развитие открытых и сильно неравновесных  систем протекает путем нарастающей  сложности и упорядоченности. В  цикле развития такой системы  наблюдаются две фазы:

1. Период плавного эволюционного развития с хорошо предсказуемыми линейными изменениями, подводящими в итоге систему к некоторому неустойчивому критическому состоянию.
2. Выход из критического состояния одномоментно, скачком и переход в новое устойчивое состояние с большей степенью сложности и упорядоченности.    [4, c. 251-253] 
   

§3.Самоорганизация.

Главной заслугой синергетики считается  открытие ею процессов самоорганизации  и кооперации в природе - это шаг  вперед в познании мира. И хотя авторы синергетики вначале подметили  явления самоорганизации только для отдельных физических и химических процессов, но в дальнейшем синергетика была распространена практически везде. При этом все первоначальные выводы автоматически были перенесены на новые области. В результате, вся наша жизнь стала неустойчивой, а основным фактором ее эволюции стала случайность. Вместе с тем анализ показывает, что самоорганизация - это не кооперация под воздействием случайных факторов в состоянии неустойчивости, а процессы, причины которых заложены в природе. Эти процессы происходят на всех уровнях иерархии Вселенной и обеспечиваются всеми действующими в ней законами и силами.

Самоорганизация проявляется на уровне живой клетки, тканей, образованных из клеток, на уровне органов, систем органов, выполняющих определенные функции  организма, и, наконец, всего организма  в целом. Не только одного организма, но и всей популяции в целом.

В качестве примера можно привести регулирование численности популяции  у животных. При чрезмерном увеличении популяции наблюдается ослабление особей из-за нехватки пищи, появления  болезней, хищников и других факторов, которые регулируют численность, доводя ее до оптимального размера. То же можно  сказать и в отношении к  человечеству. В последние десятилетия  получили распространение гомосексуализм и наркомания, которые ведут к  вырождению человечества. И тут же появляется СПИД, жертвами которого становятся в первую очередь эти люди.

Рассмотренные выше примеры показывают, что хотя такие регулирующие факторы, как, например, вирусы новых болезней и др., проявляются материально, но сами они являются проявлениями Высших законов, которые нельзя вывести  из законов существования материи.

В неживой природе мы также видим  принципы самоорганизации на всех уровнях. На микроуровнях это проявляется  в законах, по которым существуют элементарные частицы, атомы и молекулы, по которым они взаимодействуют и создают сложные структуры материи. Химические реакции - это процессы самоорганизации на атомно-молекулярном уровне. На макроуровнях самоорганизация проявляется в законах возникновения, развития и взаимодействия планет, звезд, галактик и других космических образований. И, наконец, самый высший уровень самоорганизации - это совокупность всех законов и сил, обеспечивающих эволюцию.

Наука призвана не просто собирать фактический  материал, но и стремиться создать  целостную картину мира, целостное  мировоззрение. Химик Дмитрий Иванович Менделеев (1834-1907) впервые упорядочил многообразие существующих в природе  веществ, создав периодическую систему  химических элементов. В современной  атомной физике периодическая система  Менделеева может считаться воплощением  основного закона строения атомов. В биологии, в соответствии с открытыми  им законами, происходит передача от поколения  к поколению наследственных признаков  при скрещивании, к примеру, растений с различной окраской цветков  или при выведении новой породы собак. Уже в наше время были обнаружены химические механизмы такой передачи, происходящей благодаря гигантским молекулам дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК).

Таким образом, человечество неустанно  ищет и находит все новые и  новые законы, единые для всех происходящих в природе процессов. В то время  как явления самого разнообразного свойства усилиями ученых сводятся, наконец, воедино как проявления неких  законов природы, исследователи  обнаруживают совершенно новые факты, касающиеся еще более сложных  явлений, и порой наука оказывается  близка к полному погребению под  лавиной добываемых учеными сведений. Отсюда - бесконечная гонка, борьба между потоком новых фактов и  стремлением ученых эти факты  систематизировать, понять и соотнести  с действием единых законов мироздания.

Под самоорганизацией в синергетике  понимаются процессы возникновения  макроскопически упорядоченных  пространственно временных структур в сложных нелинейных системах. Система  под воздействием самых незначительных воздействии, или флуктуации, может  резко изменить свое состояние. Этот переход часто характеризуют  как возникновение порядка из хаоса.

Интересно, что как в установлении, так и в разрушении порядка  огромную роль играют маленькие воздействия (флуктуации). Благодаря этим воздействиям система в одних случаях приобретает упорядоченность, в других эта упорядоченность, исчерпав себя, разрушается, при этом система попадает в состояние неустойчивости. Смена режимов устойчивости и неустойчивости происходит в системах, где есть подвод вещества, энергии и информации. До развития синергетики наука рассматривала отдельно хаос и порядок, причем основное внимание уделялось именно порядку, ибо его можно описать относительно простыми математическими уравнениями. Синергетика выявляет пути зарождения в хаосе порядка, его поддержания и распада.

Представьте себе нагрев воды в кастрюле. За счет подвода энергии вода начинает нагреваться, появляются пузырьки воздуха в воде. А возникают они на случайных местах, в силу случайностей. Но если пузырек образовался, то в уже достаточно нагретой воде он увеличивается в размерах и поднимается к поверхности воды, где лопается. При нагревании воды хаотичность движения ее молекул возрастает, но именно в этом хаосе устанавливается порядок, развивается история капель, наполненных водяными парами.